JP5775484B2 - Screw fastening method and screw fastening device - Google Patents
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Description
本発明は、ボルト、ナット等のネジ部品をモータを駆動源として締付けるネジ締付方法及びネジ締付装置に関するものである。 The present invention relates to a screw tightening method and a screw tightening device for tightening screw parts such as bolts and nuts using a motor as a drive source.
自動車の組立ライン等においては、多数のボルト、ナット等のネジ部品を規定のトルクで締付けるためにナットランナ等のネジ締付装置が用いられている。ネジ締付装置は、モータを駆動源として、ネジ締めツールが取付けられた出力軸を回転させて、ネジ部品の締付を行い、締付トルクが規定値に達したとき、モータを停止し、又は、クラッチ機構により、モータの駆動力を遮断することにより、締付を完了する。 2. Description of the Related Art In an automobile assembly line or the like, a screw tightening device such as a nut runner is used to tighten a large number of screw parts such as bolts and nuts with a prescribed torque. The screw tightening device uses the motor as a drive source to rotate the output shaft on which the screw tightening tool is mounted, tightens the screw parts, stops the motor when the tightening torque reaches the specified value, Alternatively, the tightening is completed by cutting off the driving force of the motor by the clutch mechanism.
ネジの締付過程において、通常は、締付トルク及びネジの締付によって生じる軸力(締結力)は、ネジの回転角度(締付角度)にほぼ比例する。しかしながら、例えばエンジンのシリンダヘッドボルトのようなネジ部の噛合い長さが長く、締付トルクが大きいネジの締付過程では、図7及び8に示すように、締付初期においては、締付トルクTは、締付角度θにほぼ比例するが、規定締付角度θf(規定締付トルクTf)に近づくと、締付トルクTが周期的に大きく変動しながら増大する、いわゆるスティックスリップ現象が生じる。また、ネジの締付によって生じる軸力Fは、締付初期においては、締付トルクTと同様の波形を呈するが、スティックスリップ領域では、締付トルクTが周期的に大きく変動するのに対して、軸力Fは、締付トルクTの波形のピーク付近を通る比較的安定定した波形となる。 In the screw tightening process, normally, the tightening torque and the axial force (fastening force) generated by tightening the screw are substantially proportional to the rotation angle (tightening angle) of the screw. However, in the tightening process of a screw having a long meshing length such as an engine cylinder head bolt and a large tightening torque, as shown in FIGS. The torque T is substantially proportional to the tightening angle θ. However, when the torque T approaches the specified tightening angle θf (the specified tightening torque Tf), a so-called stick-slip phenomenon in which the tightening torque T increases while periodically fluctuating greatly. Arise. In addition, the axial force F generated by screw tightening exhibits a waveform similar to that of the tightening torque T in the initial stage of tightening, but in the stick-slip region, the tightening torque T varies greatly periodically. Thus, the axial force F has a relatively stable waveform passing near the peak of the waveform of the tightening torque T.
このため、締付装置によるネジの締付過程において、スティックスリップ現象が生じると、締付トルクの周期的な変動により、ネジの締付の管理が非常に困難になる。そこで、スティックスリップ現象が生じる締付の場合には、ネジの締付角度に基づいて締付を行う角度法を用いることにより、容易に締付の管理を行うことができる。例えば特許文献1には、ネジの締付過程において、前半を締付トルクに基づくトルク法とし、後半を締付角度に基づく角度法とすることにより、スティックスリップ領域におけるネジの締付精度を高めるようにした樹脂製ねじの締付管理システムが開示されている。
For this reason, when a stick-slip phenomenon occurs in the tightening process of the screw by the tightening device, it becomes very difficult to manage the tightening of the screw due to the periodic fluctuation of the tightening torque. Therefore, in the case of tightening in which a stick-slip phenomenon occurs, tightening can be easily managed by using an angle method in which tightening is performed based on the tightening angle of the screw. For example, in
ネジの締付を角度法によって管理する場合であっても、ネジ部品自体の不良やネジの組付不良により、規定の締結力(軸力)が得られない場合がある。そこで、例えば、ネジの締付角度θが規定締付角度θfに達したとき、締付を終了し、このときの締付トルクTが所定の範囲内にあるか否かによって締付の良否を判定することにより、より正確な締付の管理が可能になる。 Even when the tightening of the screw is managed by the angle method, the prescribed fastening force (axial force) may not be obtained due to a failure of the screw part itself or a screw assembly failure. Therefore, for example, when the screw tightening angle θ reaches the specified tightening angle θf, the tightening is finished, and whether the tightening is good or not depends on whether or not the tightening torque T is within a predetermined range. By determining, more accurate tightening management can be performed.
この場合、スティックスリップ現象が生じて締付トルクが大きく変動すると、規定の軸力(締結力)が得られているにもかかわらず、締付トルクが所定の範囲から外れて不良と判定される誤判定が多くなり、生産効率の低下の原因となる。これに対して、良否判定に用いる規定の締付トルクの範囲を広くすることにより、不良率を減少させることができるが、良否判定精度が低下することになり問題がある。 In this case, when the stick-slip phenomenon occurs and the tightening torque largely fluctuates, it is determined that the tightening torque is out of the predetermined range and is defective even though the prescribed axial force (fastening force) is obtained. Misjudgments increase and cause production efficiency. On the other hand, the defect rate can be reduced by widening the range of the prescribed tightening torque used for the pass / fail judgment, but there is a problem because the pass / fail judgment accuracy is lowered.
本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、スティックスリップ現象が生じた場合でも、ネジの締付精度を確保しつつ、効率よくネジの締付を行うことができるネジ締付方法及びネジ締付装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and can perform screw tightening efficiently while securing the screw tightening accuracy even when a stick-slip phenomenon occurs. It is an object to provide a method and a screw fastening device.
上記の課題を解決するために、本発明に係るネジ締付方法は、モータを駆動源としてネジ部品の締付を行うネジ締付方法であって、
締付トルクの波形を監視し、スティックスリップ現象が生じたとき、締付トルクの波形を軸力波形に近似して軸力近似締付トルクを演算し、軸力近似締付トルクに基づき、前記ネジ部品の締付を行い、
軸力近似締付トルクの演算は、締付トルクのピークからの低下量が所定のスティックスリップ判定低下量を超えたとき、スティックスリップ現象の発生を検知して、ピーク時の締付トルクを保持し、締付トルクが保持されたピーク時の締付トルクに対して所定の復帰判定量を超えて復帰するまで、又は、所定の期間が経過するまで、ピーク時の締付トルクを保持することにより行うことを特徴とする。
また、本発明に係るネジ締付装置は、モータを駆動源としてネジ部品の締付を行うネジ締付装置であって、締付トルクを検出するトルクセンサと、前記モータの回転を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、締付トルクの波形を監視し、スティックスリップ現象が生じたとき、前記トルクセンサが検出する締付トルクを軸力波形に近似して軸力近似締付トルクを演算し、軸力近似締付トルクに基づき、前記モータの回転を制御し、
締付トルクの波形を監視し、締付トルクのピークからの低下量が所定のスティックスリップ判定低下量を超えたとき、スティックスリップ現象の発生を検知して、ピーク時の締付トルクを保持し、締付トルクが保持されたピーク時の締付トルクに対して所定の復帰判定量を超えて復帰するまで、又は、所定の期間が経過するまで、ピーク時の締付トルクを保持することにより軸力近似締付トルクを演算することを特徴とする。
In order to solve the above problems, a screw tightening method according to the present invention is a screw tightening method for tightening a screw component using a motor as a drive source,
The tightening torque waveform is monitored, and when the stick-slip phenomenon occurs, the tightening torque waveform is approximated to the axial force waveform to calculate the axial force approximate tightening torque. There line the screw parts tightening,
Axial force approximate tightening torque is calculated by detecting the occurrence of the stick-slip phenomenon when the amount of decrease from the peak tightening torque exceeds the specified amount of stick-slip judgment and holding the peak tightening torque. The peak tightening torque is maintained until the peak tightening torque at which the tightening torque is maintained returns beyond a predetermined return determination amount or until a predetermined period elapses. It is characterized by performing by.
The screw tightening device according to the present invention is a screw tightening device for tightening screw parts using a motor as a drive source, and a torque sensor for detecting a tightening torque, and a control for controlling the rotation of the motor. With the device,
The controller monitors a tightening torque waveform, and when a stick-slip phenomenon occurs, approximates the tightening torque detected by the torque sensor to an axial force waveform to calculate an axial force approximate tightening torque. Based on the approximate force tightening torque, control the rotation of the motor ,
The tightening torque waveform is monitored, and when the amount of decrease from the peak of the tightening torque exceeds the predetermined amount of stick-slip judgment, the occurrence of stick-slip phenomenon is detected and the tightening torque at the peak is maintained. By holding the tightening torque at the peak until the peak tightening torque at which the tightening torque is held returns beyond a predetermined return determination amount or until a predetermined period elapses. Axial force approximate tightening torque is calculated .
(発明の態様)
以下に、本発明において特許請求が可能と認識される発明(以下、「請求可能発明」という場合がある。)の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載,実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の(1)乃至(6)の内容が請求項1乃至6に対応する。
(1)モータを駆動源としてネジ部品の締付を行うネジ締付方法であって、
締付トルクの波形を監視し、スティックスリップ現象が生じたとき、締付トルクの波形を軸力波形に近似して軸力近似締付トルクを演算し、軸力近似締付トルクに基づき、前記ネジ部品の締付を行い、
軸力近似締付トルクの演算は、締付トルクのピークからの低下量が所定のスティックスリップ判定低下量を超えたとき、スティックスリップ現象の発生を検知して、ピーク時の締付トルクを保持し、締付トルクが保持されたピーク時の締付トルクに対して所定の復帰判定量を超えて復帰するまで、又は、所定の期間が経過するまで、ピーク時の締付トルクを保持することにより行うことを特徴とするネジ締付方法。
(2)(1)の構成において、前記ネジ部品の締付角度が所定の規定締付角度に達したとき、締付を終了し、その時点の軸力近似締付トルクが所定の範囲内にあるか否かにより締付の良否を判定することを特徴とするネジ締付方法。
(3)(1)の構成において、軸力近似締付トルクが所定の規定締付トルクに達したとき、締付を終了することを特徴とするネジ締付方法。
(4)モータを駆動源としてネジ部品の締付を行うネジ締付装置であって、締付トルクを検出するトルクセンサと、前記モータの回転を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、締付トルクの波形を監視し、スティックスリップ現象が生じたとき、前記トルクセンサが検出する締付トルクを軸力波形に近似して軸力近似締付トルクを演算し、軸力近似締付トルクに基づき、前記モータの回転を制御し、
締付トルクの波形を監視し、締付トルクのピークからの低下量が所定のスティックスリップ判定低下量を超えたとき、スティックスリップ現象の発生を検知して、ピーク時の締付トルクを保持し、締付トルクが保持されたピーク時の締付トルクに対して所定の復帰判定量を超えて復帰するまで、又は、所定の期間が経過するまで、ピーク時の締付トルクを保持することにより軸力近似締付トルクを演算することを特徴とするネジ締付装置。
(5)(4)の構成において、前記制御装置は、締付角度が所定の規定締付角度に達したとき、締付を終了し、その時点の軸力近似締付トルクが所定の範囲内にあるか否かにより締付の良否を判定することを特徴とするネジ締付装置。
(6)(4)の構成において、前記制御装置は、軸力近似締付トルクが所定の規定締付トルクに達したとき、締付を終了することを特徴とするネジ締付装置。
(Aspect of the Invention)
In the following, some aspects of the invention that can be claimed in the present invention (hereinafter sometimes referred to as “claimable invention”) will be exemplified and described. As with the claims, each aspect is divided into sections, each section is numbered, and is described in a form that cites the numbers of other sections as necessary. This is for the purpose of facilitating the understanding of the claimable invention, and is not intended to limit the combinations of the constituent elements constituting the claimable invention to those described in the following sections. In other words, the claimable invention should be construed in consideration of the description accompanying each section, the description of the embodiments, etc., and as long as the interpretation is followed, another aspect is added to the form of each section. In addition, an aspect in which constituent elements are deleted from the aspect of each item can be an aspect of the claimable invention. The following contents (1) to (6) correspond to
(1) A screw tightening method for tightening screw parts using a motor as a drive source,
The tightening torque waveform is monitored, and when the stick-slip phenomenon occurs, the tightening torque waveform is approximated to the axial force waveform to calculate the axial force approximate tightening torque. There line the screw parts tightening,
Axial force approximate tightening torque is calculated by detecting the occurrence of the stick-slip phenomenon when the amount of decrease from the peak tightening torque exceeds the specified amount of stick-slip judgment and holding the peak tightening torque. The peak tightening torque is maintained until the peak tightening torque at which the tightening torque is maintained returns beyond a predetermined return determination amount or until a predetermined period elapses. The screw tightening method characterized by performing by .
(2) In the configuration of (1) , when the tightening angle of the screw part reaches a predetermined specified tightening angle, the tightening is finished, and the axial force approximate tightening torque at that time is within a predetermined range. A screw tightening method characterized by determining whether the tightening is good or not based on whether or not there is.
(3) In the configuration of (1) , when the axial force approximate tightening torque reaches a predetermined specified tightening torque, the tightening is terminated.
(4) A screw tightening device for tightening screw components using a motor as a drive source, comprising: a torque sensor for detecting a tightening torque; and a control device for controlling the rotation of the motor;
The controller monitors a tightening torque waveform, and when a stick-slip phenomenon occurs, approximates the tightening torque detected by the torque sensor to an axial force waveform to calculate an axial force approximate tightening torque. Based on the approximate force tightening torque, control the rotation of the motor ,
The tightening torque waveform is monitored, and when the amount of decrease from the peak of the tightening torque exceeds the predetermined amount of stick-slip judgment, the occurrence of stick-slip phenomenon is detected and the tightening torque at the peak is maintained. By holding the tightening torque at the peak until the peak tightening torque at which the tightening torque is held returns beyond a predetermined return determination amount or until a predetermined period elapses. A screw tightening device that calculates an axial force approximate tightening torque .
(5) In the configuration of (4) , the control device ends the tightening when the tightening angle reaches a predetermined specified tightening angle, and the axial force approximate tightening torque at that time is within the predetermined range. A screw tightening device that determines whether the tightening is good or not based on whether or not the screw is present.
(6) In the configuration of (4) , the control device ends the tightening when the axial force approximate tightening torque reaches a predetermined specified tightening torque.
このように構成したことにより、スティックスリップ現象が生じた場合でも、締付トルクを軸力波形に近似して演算した軸力近時締付トルクに基づき、締付の制御及び管理を容易に行うことができる。軸力は、ネジ部品の実際の締付状態を表しており、スティックスリップ領域において、締付トルクに比して変動が小さいので、締付トルクを軸力波形に近似した軸力近似締付トルクを用いることにより、締付の制御及び管理が容易になる。
スティックスリップ現象が生じたときに現れる締付トルク波形の特徴(締付の増分に対する締付トルクの低下が急激であり、同様の波形が周期的に反復される。)に基づき、スリックスリップ現象の発生を検知する。また、スティックスリップ領域における軸力波形の特徴(締付トルクの波形の頂部をなぞるような波形であり、締付トルクが低下した瞬間に軸力は一時的に上昇し、締付トルクの次のピークに向って移行する。)に基づき、締付トルクを軸力トルク波形に近似して軸力近似締付トルクを演算する((1)及び(4))。
角度法を用いてネジ部品の締付を行い、演算した軸力近似締付トルクに基づき、締付の良否の判定を行うことにより、ネジの締付精度を確保しつつ、効率よくネジの締付を行うことができる((2)及び(5))。
演算した軸力近似締付トルクに基づき、トルク法を用いてネジの締付を行う((3)及び(6))。
With this configuration, even when a stick-slip phenomenon occurs, it is easy to control and manage the tightening based on the tightening torque near the axial force calculated by approximating the tightening torque to the axial force waveform. be able to. The axial force represents the actual tightening state of the screw part, and since the fluctuation is smaller than the tightening torque in the stick-slip region, the axial force approximate tightening torque that approximates the tightening torque to the axial force waveform By using, tightening control and management become easy .
Based on the characteristics of the tightening torque waveform that appears when the stick-slip phenomenon occurs (the decrease in tightening torque with respect to the tightening increment is abrupt and the same waveform is repeated periodically), Detect occurrence. Further, a waveform Do Let 's trace the top of the waveform feature (tightening torque axial force waveform in the stick-slip region, axial force at the moment the tightening torque is decreased temporarily rise, the tightening torque following Based on this, the tightening torque is approximated to the axial force torque waveform to calculate the axial force approximate tightening torque ((1) and (4)).
By tightening screw parts using the angle method and judging the quality of the tightening based on the calculated axial force approximate tightening torque, it is possible to efficiently tighten the screws while ensuring the tightening accuracy of the screws. (2) and (5)) .
Based on the calculated axial force approximate tightening torque, the screw is tightened using the torque method ((3) and (6)) .
本発明に係るネジ締付方法及びネジ締付装置によれば、スティックスリップ現象が生じた場合でも、ネジの締付精度を確保しつつ、効率よくネジの締付を行うことができる。 According to the screw tightening method and the screw tightening apparatus according to the present invention, even when a stick-slip phenomenon occurs, the screws can be efficiently tightened while securing the screw tightening accuracy.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本実施形態に係るネジ締付装置は、ボルト、ナット等のネジ部品を規定のトルクで締付けて、被結合部材をねじ結合するためのものである。以下、便宜上、スティックスリップ現象が生じるエンジンのシリンダヘッドボルト等の締付を行う場合について説明するが、本発明は、スティックスリップ現象の発生の有無にかかわらず、ネジ部品の締付に適用することができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The screw tightening device according to the present embodiment is for tightening screw parts such as bolts and nuts with a prescribed torque and screwing the members to be coupled. Hereinafter, for the sake of convenience, the case of tightening a cylinder head bolt or the like of an engine that causes a stick-slip phenomenon will be described, but the present invention is applicable to tightening screw parts regardless of whether or not the stick-slip phenomenon occurs. Can do.
図1に示すように、本実施形態に係るネジ締付装置1は、駆動源である電動モータ2(モータ)と、電動モータ2の回転角を検出する回転角センサ3と、電動モータ2の回転を減速する減速機構4と、減速機構4の出力軸のトルクを検出するトルクセンサ5と、減速機構4の出力軸に連結されて、ボルト、ナット等のネジ部品(図示せず)を係合して保持するソケット6と、電動モータ2の回転を制御する制御装置7とを備えている。
As shown in FIG. 1, a
電動モータ2は、ACサーボモータであり、制御装置7からの駆動電流(制御電流)により回転を制御可能となっている。電動モータ2は、回転制御を実行可能なものであれば、DCサーボモータ等の他の形式のものでもよい。回転角センサ3は、電動モータ2の回転角を検出するレゾルバ、ロータリエンコーダ等とすることができ、電動モータ2の回転角から減速機構3によって減速されたソケット6の回転角を検出することができる。減速機構4は、電動モータ2の回転を減速して必要な締付トルクを得るためのものであり、各種歯車機構等、公知の減速機構を用いることができる。また、電動モータ2の出力によって必要な締付トルクが得られる場合には、減速機構4を省略して、電動モータ2によって直接、ソケット6を駆動してもよい。ソケット6は、ボルト、ナット等の締付けるべきネジ部品に応じて適宜選択することができる。制御装置7は、ACサーボモータである電動モータ2を駆動する駆動電流を発生するドライバ回路を含み、設定情報、回転角センサ3及びトルクセンサ5からの検出信号に基づき、電動モータ2の回転を制御する。
The
制御装置7による電動モータ2の制御について説明する。
被結合部材にボルト、ナット等のネジ部品を螺合させ、このネジ部品にソケット6を係合して電動モータ2の駆動により締付を行う。制御装置7は、駆動電流の供給により、電動モータ2を所定の速度で回転させ、回転角センサ3からの回転角信号により、ソケット6の回転角度、すなわち、ネジ部品の締付角度θを読込み、トルクセンサ5からのトルク信号により、ネジ部品の締付トルクTを読込む。ネジ部品の締付角度θと、締付トルクT及びネジ部品の軸力Fとの関係を図7及び図8に示す。図7及び図8において、締付角度θは、ネジ部品の締付を開始し、締付トルクTが所定の締付トルクに達した後の締付角度を表している。なお、締付角度θ及び締付トルクTは、それぞれ回転角センサ3及びトルクセンサ5の検出信号に基づく値を表し、軸力Fは、試験データ等に基づく測定値を表している。
Control of the
A screw component such as a bolt or a nut is screwed into the member to be coupled, and the
図7を参照して、締付角度θが規定締付角度θfに近づいてスティックスリップ現象が生じる締付角度θsに達するまでは、締付トルクT及び軸力Fは、締付角度θの増大にほぼ比例して増大する。締付角度θが締付角θsに達した後は、スティックスリップ現象が生じて、締付トルクTが周期的に大きく変動しながら増大する。締付角度θが規定締付角度θfに達したとき、電動モータ2を停止する。スティックスリップ領域では、軸力Fは、締付トルクTの波形のピーク付近をなぞるような波形であり、締付トルクが低下したとき、一時的に上昇した後、締付トルクTの次のピークに向って移行する波形となり、締付トルクTに比して変動が小さく、安定した波形となっている。
Referring to FIG. 7, until the tightening angle θ approaches the specified tightening angle θf and reaches the tightening angle θs at which the stick-slip phenomenon occurs, the tightening torque T and the axial force F increase the tightening angle θ. It increases almost in proportion to After the tightening angle θ reaches the tightening angle θs, a stick-slip phenomenon occurs, and the tightening torque T increases while periodically changing greatly. When the tightening angle θ reaches the specified tightening angle θf, the
制御装置7は、回転角センサ3及びトルクセンサ5による回転角信号(締付角度θ)及びトルク信号(締付トルクT)に基づき、スティックスリップ現象の発生を検知し、スティックスリップ現象の発生を検知したとき、締付トルクTを軸力Fの波形に近似して軸力近似締付トルクTa(図5参照)を演算する。そして、締付角度θが規定締付角度θfに達したとき、電動モータ2を停止し、その時点の軸力近似締付トルクTaが所定の規定締付トルク範囲内にあるか否かを判定し、範囲内にあれば締付良、範囲内になければ締付不良と判定して、締付を終了する。
The
次に、制御装置7による上述の制御を実行するための制御フローについて図2を参照して説明する。
図2を参照して、ステップS1で電動モータ2の回転を開始し、ステップS2で回転角センサ3及びトルクセンサ5の検出信号により締付角度θ及び締付トルクTを読込む。ステップS3で締付角度θ及び締付トルクTに基づき、スティックスリップ現象が生じているか否かを判定する。スティックスリップ現象が生じている場合(Yes)には、ステップS4に進み、ステップS4で締付トルクTを軸力波形に近似して軸力近似締付トルクTaを演算してステップS5に進む。スティックスリップ現象が生じていない場合(No)には、そのままステップS5に進む。
Next, a control flow for executing the above-described control by the
Referring to FIG. 2, rotation of
ステップS5で締付角度θが規定締付角度θfに達したとき、電動モータ2を停止してステップS6に進む。ステップS6で、締付角度θが規定締付角度θfに達したときの軸力近似締付トルクTaが所定の範囲内にあるか否か判定する。軸力近似締付トルクTaが所定の範囲内にある場合(Yes)には、ステップS7で締付良と判定し、所定の範囲内にない場合(No)には締付不良と判定して、締付を終了する。
When the tightening angle θ reaches the specified tightening angle θf in step S5, the
次に、スティックスリップ現象の発生を検知し、締付トルクTを軸力波形に近似して軸力近似締付トルクTaを演算する方法について説明する。
図8に示されるように、スティックスリップ領域の締付トルクTの波形は、次のような特徴を有している。
(A)締付角度θの増分Δθに対する締付トルクTの低下が急激である。
(B)同様の波形が周期的に反復される。
締付トルクTの波形に、上記(A)、(B)のような特徴が現れた場合に、スティックスリップ現象が発生したことを検知する。
Next, a method for detecting the occurrence of the stick-slip phenomenon and calculating the axial force approximate tightening torque Ta by approximating the tightening torque T to the axial force waveform will be described.
As shown in FIG. 8, the waveform of the tightening torque T in the stick-slip region has the following characteristics.
(A) The decrease in the tightening torque T with respect to the increment Δθ of the tightening angle θ is abrupt.
(B) A similar waveform is repeated periodically.
When the characteristics as shown in (A) and (B) appear in the waveform of the tightening torque T, it is detected that the stick-slip phenomenon has occurred.
また、スティックスリップ領域の軸力Fの波形は、次のような特徴を有している。
(C)軸力Fの波形は、締付トルクTの波形の頂部をなぞるような波形である。
(D)軸力Fは、締付トルクTが低下した瞬間に一時的に上昇し、締付トルクTの次周期のピークに向って移行する。
そして、スティックスリップ現象の発生を検知したとき、図5に示すように、上記(C)及び(D)の特徴を有する軸力Fの波形に基づき、締付トルクTを軸力波形に近似して軸力近似締付トルクTaを演算する。
Further, the waveform of the axial force F in the stick-slip region has the following characteristics.
(C) The waveform of the axial force F is a waveform that traces the top of the waveform of the tightening torque T.
(D) The axial force F temporarily increases at the moment when the tightening torque T decreases, and shifts toward the peak of the next period of the tightening torque T.
When the occurrence of the stick-slip phenomenon is detected, the tightening torque T is approximated to the axial force waveform based on the waveform of the axial force F having the characteristics (C) and (D) as shown in FIG. The axial force approximate tightening torque Ta is calculated.
次に、スティックスリップ現象の検知及び軸力近似締付トルクTaの具体的な演算方法の一例について、図3及び図4を参照して説明する。
図4を参照して、締付角度θに対する締付トルクTの波形を監視し、締付トルクTのピークからの低下量ΔTが所定のスティックスリップ判定低下量ΔTAを超えたとき(締付角度θ1、θ3及びθ5参照)、スティックスリップ現象が発生したことを検知し、その後、締付トルクTのピークからの低下量ΔTが所定の復帰判定低下量ΔTBを超えて復帰するまで(締付角度θ2参照)、又は、ピークからの締付角度θの増分Δθが所定の復帰増分ΔθAに達するまで(締付角度θ4参照)、前周期のピークの締付角度θ及び締付トルクTの値を保持する演算を行う。このようにして、締付トルクTを軸力波形に近似して演算した軸力近似締付トルクTaの波形を図5に示す。前周期の締付角度θ及び締付トルクTの保持の解除は、締付角度θの増分Δθが復帰増分ΔθAに達するまでとするほか、所定の周期等の期間がカウントできればよく、タイマにより時間をカウントしてもよい。
Next, an example of a specific method of calculating the stick-slip phenomenon and the axial force approximate tightening torque Ta will be described with reference to FIGS.
Referring to FIG. 4, the waveform of the tightening torque T with respect to the tightening angle θ is monitored, and when the decrease amount ΔT from the peak of the tightening torque T exceeds a predetermined stick-slip determination decrease amount ΔTA (the tightening angle (see θ1, θ3, and θ5), until the occurrence of the stick-slip phenomenon is detected, and thereafter the amount of decrease ΔT from the peak of the tightening torque T exceeds the predetermined return determination decrease amount ΔTB (the tightening angle). θ2), or until the increment Δθ of the tightening angle θ from the peak reaches a predetermined return increment ΔθA (see the tightening angle θ4), the peak tightening angle θ and the tightening torque T in the previous period are Perform the retained operation. FIG. 5 shows a waveform of the axial force approximate tightening torque Ta calculated by approximating the tightening torque T to the axial force waveform in this way. The holding of the tightening angle θ and the tightening torque T in the previous cycle is released until the increment Δθ of the tightening angle θ reaches the return increment ΔθA, as long as a predetermined period or the like can be counted. May be counted.
次に、軸力近似締付トルクTaを演算するための制御フローの一例について、図3を参照して説明する。
図3を参照して、ステップS11で電動モータ2の回転を開始し、ステップS12で回転角センサ3及びトルクセンサ5による締付角度θ及び締付トルクTの検出を開始する。ステップS13で締付角度θの一定の増分Δθ毎に締付角度θx及び締付トルクTxを読込む。ステップS14で締付角度θxが規定締付角度θfに達しているか否かを判定する。達している場合(Yes)、ステップS15に進み、ステップS15で締付角度θを締付角度θxとし、軸力近似締付トルクTaを締付トルクTxとして演算を終了する。
Next, an example of a control flow for calculating the axial force approximate tightening torque Ta will be described with reference to FIG.
Referring to FIG. 3, rotation of
ステップS14で、締付角度θxが規定締付角度θfに達していない場合(No)、ステップS16に進み、ステップS16で締付トルクTxが所定のスティックスリップ判定低下量ΔTAを超えて低下しているか(Tx<(Tx−1−ΔTA))、否かを判定する。締付トルクTxが所定のスティックスリップ判定低下量ΔTAを超えて低下している場合(Yes)、スティックスリップ現象が生じていると判定してステップS17に進み、ステップS17で前周期(θx−1)の状態を保持して軸力近似締付トルクTaを締付トルクTx−1とする。また、締付トルクTxが所定のスティックスリップ判定低下量ΔTAを超えて低下していない場合(No)、ステップS18に進み、ステップS18で締付角度θを締付角度θxとし、軸力近似締付トルクTaを締付トルクTxとして、ステップS13に戻る。 If the tightening angle θx has not reached the specified tightening angle θf in step S14 (No), the process proceeds to step S16, and in step S16, the tightening torque Tx decreases below the predetermined stick-slip determination decrease amount ΔTA. Or not (Tx <(Tx−1−ΔTA)). If the tightening torque Tx has decreased over a predetermined stick-slip determination decrease amount ΔTA (Yes), it is determined that a stick-slip phenomenon has occurred, and the process proceeds to step S17. In step S17, the previous period (θx−1) ) And the axial force approximate tightening torque Ta is set as the tightening torque Tx-1. If the tightening torque Tx does not decrease beyond the predetermined stick-slip determination decrease amount ΔTA (No), the process proceeds to step S18. The attached torque Ta is set as the tightening torque Tx, and the process returns to step S13.
ステップS19では、ステップS13と同様、締付角度θの一定の増分Δθ毎に締付角度θx及び締付トルクTxを読込んで、ステップS20に進む。ステップS20では、ステップS14と同様、締付角度θxが規定締付角度θfに達しているか否かを判定する。達している場合(Yes)、ステップS21に進み、ステップS21で締付角度θを締付角度θxとし、軸力近似締付トルクTaを前周期の締付トルクTx−1として演算を終了する。 In step S19, as in step S13, the tightening angle θx and the tightening torque Tx are read at every constant increment Δθ of the tightening angle θ, and the process proceeds to step S20. In step S20, as in step S14, it is determined whether or not the tightening angle θx has reached the specified tightening angle θf. If it has reached (Yes), the process proceeds to step S21, and in step S21, the tightening angle θ is set to the tightening angle θx, the axial force approximate tightening torque Ta is set to the tightening torque Tx−1 of the previous cycle, and the calculation is ended.
ステップS20で、締付角度θxが規定締付角度θfに達していない場合(No)、ステップS22に進み、ステップS22で締付トルクTxの低下量ΔTが復帰判定低下量ΔTBを超えて復帰しているか(Tx<(Tx−1−ΔTB))、否かを判定する。締付トルクTxが所定の復帰判定低下量ΔTBを超えて復帰している場合(Yes)、ステップ23に進み、ステップS23で締付角度θを締付角度θxとし、軸力近似締付トルクTaを締付トルクTxとして、ステップS13に戻る。締付トルクTxが所定の復帰判定低下量ΔTBを超えて復帰していない場合(No)、ステップS24に進む。 If the tightening angle θx has not reached the specified tightening angle θf in step S20 (No), the process proceeds to step S22, and the decrease amount ΔT of the tightening torque Tx exceeds the return determination decrease amount ΔTB in step S22. (Tx <(Tx-1−ΔTB)) or not. When the tightening torque Tx has returned beyond the predetermined return determination decrease amount ΔTB (Yes), the process proceeds to step 23, and in step S23, the tightening angle θ is set to the tightening angle θx, and the axial force approximate tightening torque Ta. To tightening torque Tx, the process returns to step S13. When the tightening torque Tx does not return beyond the predetermined return determination decrease amount ΔTB (No), the process proceeds to step S24.
ステップS24で、スティックスリップ現象の検知後、締付角度θxの増分Δθが所定の復帰増分ΔθAを超えているか(θx>θx−1+ΔθA)、否かを判定する。超えている場合(Yes)、ステップS23に進み、ステップS23で締付角度θを締付角度θxとし、軸力近似締付トルクTaを締付トルクTxとして、ステップS13に戻る。締付角度θxの増分Δθが所定の復帰増分ΔθAを超えて超えていない場合(No)、ステップS17に戻る。 In step S24, after the stick-slip phenomenon is detected, it is determined whether or not the increment Δθ of the tightening angle θx exceeds a predetermined return increment ΔθA (θx> θx-1 + ΔθA). When it exceeds (Yes), the process proceeds to step S23, and in step S23, the tightening angle θ is set to the tightening angle θx, the axial force approximate tightening torque Ta is set to the tightening torque Tx, and the process returns to step S13. When the increment Δθ of the tightening angle θx does not exceed the predetermined return increment ΔθA (No), the process returns to step S17.
以上の制御フローを実行することにより、締付トルクTを軸力波形を近似して軸力近似締付トルクTaを演算することができ、軸力近似締付トルクTaに基づき、締付の良否を判定することができる(図2のステップS6乃至S8参照)。 By executing the above control flow, it is possible to calculate the axial force approximate tightening torque Ta by approximating the tightening torque T to the axial force waveform. Can be determined (see steps S6 to S8 in FIG. 2).
軸力Fは、ネジ部品の実際の締付状態を表しており、スティックスリップ領域において締付トルクTに比して変動が小さいので、締付トルクTを軸力波形に近似して演算した軸力近似締付トルクTaに基づいてネジの締付の制御及び管理を行うことにより、スティックスリップ現象が生じた場合でも、ネジの締付精度を確保し、締付の良否判定を正確に行うことができ、生産性の低下を防止することができる。 The axial force F represents the actual tightening state of the screw component, and its fluctuation is smaller than the tightening torque T in the stick-slip region. Therefore, the shaft calculated by approximating the tightening torque T to the axial force waveform is calculated. By controlling and managing the screw tightening based on the approximate force tightening torque Ta, even if a stick-slip phenomenon occurs, the screw tightening accuracy is ensured and the tightening quality is accurately determined. And a reduction in productivity can be prevented.
なお、締付トルクTを軸力波形に近似して軸力近似締付トルクTaを演算する方法は、締付トルクT及び軸力F波形の特徴に基づいて他の公知の近似法を適用することもできる。 As a method of calculating the axial force approximate tightening torque Ta by approximating the tightening torque T to the axial force waveform, another known approximation method is applied based on the characteristics of the tightening torque T and the axial force F waveform. You can also.
また、スティックスリップ現象の検知は、上記のほか、図6に示すように、スティックスリップ領域において締付トルクTが周期的に急激に低下する点に着目し、締付角度θの増分Δθ間に締付トルクTの所定量を超える低下量ΔTをn回検知することにより(ΔT1、ΔT2、ΔT3、…ΔTn)、行うこともできる。 In addition to the above, the detection of the stick-slip phenomenon is focused on the fact that the tightening torque T periodically periodically drops in the stick-slip region as shown in FIG. It can also be performed by detecting a decrease amount ΔT exceeding the predetermined amount of the tightening torque T n times (ΔT1, ΔT2, ΔT3,... ΔTn).
上記実施形態においては、角度法を適用して、締付角度θが規定締付角度θfに達したとき、締付を終了し、その時点の軸力近似締付トルクTaが所定の範囲内にあるか否かにより、締付の良否を判定するようにしているが、本発明は、これに限らず、トルク法を適用して、演算した軸力近似締付トルクTaが規定トルクTf(図5参照)に達したとき、締付を終了することもできる。 In the above embodiment, when the angle method is applied and the tightening angle θ reaches the specified tightening angle θf, the tightening is finished, and the axial force approximate tightening torque Ta at that time is within a predetermined range. Whether the tightening is good or not is determined depending on whether or not there is, but the present invention is not limited to this, and the calculated axial force approximate tightening torque Ta by applying the torque method is the specified torque Tf (FIG. The tightening can also be terminated when it reaches 5).
1…ネジ締付装置、2…電動モータ(モータ)、3…回転角センサ、4…トルクセンサ、5…制御装置、F…軸力、T…締付トルク、Ta…軸力近似締付トルク
DESCRIPTION OF
Claims (6)
締付トルクの波形を監視し、スティックスリップ現象が生じたとき、締付トルクの波形を軸力波形に近似して軸力近似締付トルクを演算し、軸力近似締付トルクに基づき、前記ネジ部品の締付を行い、
軸力近似締付トルクの演算は、締付トルクのピークからの低下量が所定のスティックスリップ判定低下量を超えたとき、スティックスリップ現象の発生を検知して、ピーク時の締付トルクを保持し、締付トルクが保持されたピーク時の締付トルクに対して所定の復帰判定量を超えて復帰するまで、又は、所定の期間が経過するまで、ピーク時の締付トルクを保持することにより行うことを特徴とするネジ締付方法。 A screw tightening method for tightening screw parts using a motor as a drive source,
The tightening torque waveform is monitored, and when the stick-slip phenomenon occurs, the tightening torque waveform is approximated to the axial force waveform to calculate the axial force approximate tightening torque. There line the screw parts tightening,
Axial force approximate tightening torque is calculated by detecting the occurrence of the stick-slip phenomenon when the amount of decrease from the peak tightening torque exceeds the specified amount of stick-slip judgment and holding the peak tightening torque. The peak tightening torque is maintained until the peak tightening torque at which the tightening torque is maintained returns beyond a predetermined return determination amount or until a predetermined period elapses. The screw tightening method characterized by performing by .
前記制御装置は、締付トルクの波形を監視し、スティックスリップ現象が生じたとき、前記トルクセンサが検出する締付トルクを軸力波形に近似して軸力近似締付トルクを演算し、軸力近似締付トルクに基づき、前記モータの回転を制御し、
締付トルクの波形を監視し、締付トルクのピークからの低下量が所定のスティックスリップ判定低下量を超えたとき、スティックスリップ現象の発生を検知して、ピーク時の締付トルクを保持し、締付トルクが保持されたピーク時の締付トルクに対して所定の復帰判定量を超えて復帰するまで、又は、所定の期間が経過するまで、ピーク時の締付トルクを保持することにより軸力近似締付トルクを演算することを特徴とするネジ締付装置。 A screw tightening device for tightening screw components using a motor as a drive source, comprising: a torque sensor for detecting a tightening torque; and a control device for controlling the rotation of the motor,
The controller monitors a tightening torque waveform, and when a stick-slip phenomenon occurs, approximates the tightening torque detected by the torque sensor to an axial force waveform to calculate an axial force approximate tightening torque. Based on the approximate force tightening torque, control the rotation of the motor ,
The tightening torque waveform is monitored, and when the amount of decrease from the peak of the tightening torque exceeds the predetermined amount of stick-slip judgment, the occurrence of stick-slip phenomenon is detected and the tightening torque at the peak is maintained. By holding the tightening torque at the peak until the peak tightening torque at which the tightening torque is held returns beyond a predetermined return determination amount or until a predetermined period elapses. A screw tightening device that calculates an axial force approximate tightening torque .
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